(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンジット及び前記コンジットの地質構造環境を解析するためのタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システムであって、前記システムの少なくとも一部は、可変性の一次磁場を発信しかつ受信するために前記コンジットに沿って挿入されるように、かつこれに対する電磁応答を前記地質構造環境によって影響された減衰する二次磁場の形式で測定するように構成され、前記測定は、第一時刻と第二時刻の間の複数の離散した間隔で、前記減衰する二次磁場の振幅の前記第一時刻と前記第二時刻の間の変化を測定して、データサンプルをとることにより行われ、各間隔におけるデータサンプルの数は、漸次増加して指数関数的減衰に対応し、正常な統計をとるために、前記二次磁場の減衰の末期において、各間隔におけるサンプルを平均化する、タイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システム。
【請求項２】
前記コンジットは実質的に非鉄である請求項１に記載のタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システム。
【請求項３】
前記システムは、前記ＴＥＭ信号を生成するように構成された波形発生器を備える請求項１に記載のタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システム。
【請求項４】
前記システムの前記コンジットに沿って挿入される部分は、前記コンジットに沿って挿入される部分と隔たれて配置された固定式コントローラ及びＴＥＭレコーダモジュールに機能的に結合される請求項１に記載のタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システム。
【請求項５】
前記システムは、周波数変調、振幅変調及びデジタルコーディングのうちの少なくとも１つを利用して前記システムの前記コンジットに沿って挿入される部分と前記固定式コントローラとの間を通信するように構成される請求項４に記載のタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システム。
【請求項６】
前記システムの前記コンジットに沿って挿入される部分は、通信ケーブルを介して前記固定式コントローラに結合される請求項４に記載のタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システム。
【請求項７】
前記コンジットに沿って挿入される部分は一体式の電源を備え、前記通信ケーブルは、２本ワイヤのケーブル、４本ワイヤのケーブル及び光ファイバケーブルのうちの１つを備える請求項６に記載のタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システム。
【請求項８】
前記システムの前記コンジットに沿って挿入される部分は、移動モジュールの一部として構成された少なくとも１つの送信コイルと複数の受信コイルとを備える請求項４に記載のタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システム。
【請求項９】
前記送信コイルは、前記移動モジュールの一端の周りのラジアル巻線として形成される請求項８に記載のタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システム。
【請求項１０】
前記複数の受信コイルは互いに垂直である請求項８に記載のタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システム。
【請求項１１】
前記電磁応答は、処理された応答が前記固定式コントローラに伝達される前に処理される請求項４に記載のタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システム。
【請求項１２】
少なくとも前記受信コイルを予め決められた方法で前記固定式コントローラに結合させるためのマルチプレクサ装置をさらに備える請求項８に記載のタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システム。
【請求項１３】
前記コンジットは下水管である請求項１に記載のタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システム。
【請求項１４】
ダクトと前記ダクトの地質構造環境を解析するための検査システムであって、
ダクト内に挿入するように構成された第１の装置である、
（ｉ）電磁応答を誘導する可変性の一次磁場を、これに対する電磁応答を前記ダクト及び前記ダクト周辺の物質によって影響された減衰する二次磁場の形式で送信するための送信手段と、
（ｉｉ）第一時刻と第二時刻の間の複数の離散した間隔で、前記減衰する二次磁場の振幅の前記第一時刻と前記第二時刻の間の変化を測定して、データサンプルをとることにより行われ、各間隔におけるデータサンプルの数は、漸次増加して指数関数的減衰に対応し、正常な統計をとるために、前記二次磁場の減衰の末期において、各間隔におけるサンプルを平均化することにより、前記電磁応答を検出および測定するための検出手段と、
（ｉｉｉ）前記電磁応答をデジタル信号に変換するための変換手段と、
（ｉｖ）前記デジタル信号を読み取って、前記第１の装置とは遠隔に配置された第２の装置に伝達するための通信手段と、
を備え、
前記第２の装置は、
（ｉ）前記デジタル信号を記憶するための記憶手段と、
（ｉｉ）前記デジタル信号を処理するためのプロセッサと、
（ｉｉｉ）前記処理されたデジタル信号を表示するためのディスプレイと、
を備える検査システム。
【請求項１５】
前記電磁応答は、処理された応答が前記第２の装置に伝達される前に処理される請求項１４に記載の検査システム。
【請求項１６】
前記第１の装置は少なくとも１つの送信コイルと複数の受信コイルとを備える請求項１４に記載の検査システム。
【請求項１７】
前記第１の装置は、少なくとも前記受信コイルを予め決められた方法で前記第２の装置に結合させるためのマルチプレクサ装置をさらに備える請求項１６に記載の検査システム。
【請求項１８】
添付の図面に示された任意の一実施形態に関連して実質的に本明細書に記載されている通りの、請求項１−１３のいずれかに記載のタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システム。
【請求項１９】
添付の図面に示された任意の一実施形態に関連して実質的に本明細書に記載されている通りの、請求項１４−１７のいずれかに記載の検査システム。
【請求項２０】
導管を検査する方法であって、前記導管において電流または複数の電流を誘発する一次磁界を生成し、その結果、前記電流または複数の電流が、前記導管および前記導管を囲む前記地質によって影響される減衰した二次磁界を生じるような生成ステップ；および、前記導管の状態、さらに前記導管を囲む前記地質の表示を提供するため、データのタイムドメイン解析の実行を可能にするような、前記二次磁界に関する前記データを提供するための、第一時刻と第二時刻の間の複数の離散した間隔で、前記減衰する二次磁場の振幅の前記第一時刻と前記第二時刻の間の変化を測定して、データサンプルをとることにより行われ、各間隔におけるデータサンプルの数は、漸次増加して指数関数的減衰に対応し、正常な統計をとるために、前記二次磁場の減衰の末期において、各間隔におけるサンプルを平均化することにより、前記二次磁界を検出するステップからなる方法。
【請求項２１】
任意の形状、凹凸、断面または大きさを有する設計構造を検査する方法であって、前記構造の電流または複数の電流を誘発するため、前記構造と関連して移動される装置により一次磁界を生成し、その結果、前記電流または複数の電流が、前記構造によって影響される減衰した二次磁界を生じるような生成ステップ；および、前記構造に沿った異なる位置で、第一時刻と第二時刻の間の複数の離散した間隔で、前記減衰する二次磁場の振幅の前記第一時刻と前記第二時刻の間の変化を測定して、データサンプルをとることにより行われ、各間隔におけるデータサンプルの数は、漸次増加して指数関数的減衰に対応し、正常な統計をとるために、前記二次磁場の減衰の末期において、各間隔におけるサンプルを平均化することにより、前記二次磁界を検出し、その結果、前記二次磁界に関するデータの集合が、前記構造の様々な位置における前記構造の状態の表示を提供するため、前記データのタイムドメイン解析の実行を可能にするために得られるような検出ステップからなる方法。
【請求項２２】
任意の形状、凹凸、断面または大きさを有する設計構造を検査する装置であって、前記構造において電流または複数の電流を誘発するために一次的な磁界を生じ、その結果、前記電流または複数の電流が、前記構造によって影響される減衰した二次磁界を生じるような伝送器；および、前記構造の状態の表示を提供するように、前記データのタイムドメイン解析の実行を可能にする前記二次磁界に関するデータを提供するため、前記二次磁界を検出するために各々が互いに関して垂直に配置された複数の誘導子コイルからなり、前記二次磁界に関する前記データは、第一時刻と第二時刻の間の複数の離散した間隔で、前記減衰する二次磁場の振幅の前記第一時刻と前記第二時刻の間の変化を測定して、データサンプルをとることにより行われ、各間隔におけるデータサンプルの数は、漸次増加して指数関数的減衰に対応し、正常な統計をとるために、前記二次磁場の減衰の末期において、各間隔におけるサンプルを平均化することにより得られる装置。
【請求項２３】
表面下の導管を囲んでいる導管の層理を検査する方法であって、層理における電流または複数の電流を誘発するため、前記層理に関連して移動する装置によって一次磁界を生成し、その結果、前記電流または複数の電流は、前記層理によって影響される減衰した二次磁界を生じるような生成；および、前記層理に沿って異なる位置で、第一時刻と第二時刻の間の複数の離散した間隔で、前記減衰する二次磁場の振幅の前記第一時刻と前記第二時刻の間の変化を測定して、データサンプルをとることにより行われ、各間隔におけるデータサンプルの数は、漸次増加して指数関数的減衰に対応し、正常な統計をとるために、前記二次磁場の減衰の末期において、各間隔におけるサンプルを平均化することにより、前記二次磁界を検出し、その結果、前記層理の様々な位置において前記層理の状態の表示を提供するため、前記二次磁界に関するデータの集合が前記データのタイムドメイン解析の実行を可能にするために得られるような検出からなる方法。
【請求項２４】
表面下の導管を囲んでいる層理を検査する導管層理の点検装置であって、前記層理において電流または複数の電流を誘発するために一次磁界を生じ、その結果、前記電流または複数の電流が、前記層理によって影響される減衰した二次磁界を生じるような伝送器；および、前記層理の状態の表示を提供するように、前記データのタイムドメイン解析の実行を可能にするため、前記二次磁界に関するデータを提供するために前記二次磁界を検出するため、各々が互いに関して垂直に配置された複数の誘導子コイルからなり、前記二次磁界に関する前記データは、第一時刻と第二時刻の間の複数の離散した間隔で、前記減衰する二次磁場の振幅の前記第一時刻と前記第二時刻の間の変化を測定して、データサンプルをとることにより行われ、各間隔におけるデータサンプルの数は、漸次増加して指数関数的減衰に対応し、正常な統計をとるために、前記二次磁場の減衰の末期において、各間隔におけるサンプルを平均化することにより得られる装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、広義には地下検査プローブに関し、特に、地下配管を取り巻くパイプベッディングを検査するための地下配管検査システムに関する。
【０００２】
（背景技術）
伝統的に、下水管及び雨水排水管のような地下の配管は、人手によるアクセスを使用して検査されてきた。これは、人が配管システム内に入り込み、管壁を手動で検査することによって行われる。しかしながら、この方法で明らかになるのは管壁表面の欠陥だけであり、周辺土壌における欠陥に関しては何の情報も得られない。本方法はまた、検査を実行する人物に関して固有の危険及び健康上のリスクを有している。
【０００３】
また地下配管の検査には、遠隔制御式クローズドサーキットテレビ（ＣＣＴＶ）も使用されてきた。この方法は、長い可撓ケーブルの端に取り付けられた小型カメラを使用して行われる。該カメラは、アクセス開口を介して配管内へと配置され、次いで地表から遠隔制御される。この方法は、配管に入り込む人物に関わる危険を排除するものの、やはり管壁表面の欠陥を明らかにするだけであり、周辺土壌における欠陥に関しては何の情報も得られない。
【０００４】
地下配管のベッディングを検査して周辺土壌における欠陥を検出するためには、地面探査レーダ（ＧＰＲ）法及び地震学的方法等のより精巧な技術が使用されてきた。ＧＰＲシステムは、電磁放射線（即ち、発振器によって発生されるもの）を放射する送信用アンテナと、受信用アンテナと、エネルギー検出装置または受信機とで構成されている。送信された信号の一部は、配管の壁等の反射物質によって遮断され、全方向に再放射される。逆方向に再放射されたエネルギーは受信用アンテナによって収集されて受信機に送られ、受信機で処理されて配管の存在が検出される。レーダ信号が当該配管に届いて戻るまでの所要時間が測定される。配管の変形または崩壊に至る可能性のある配管周辺土壌における欠陥は、時間の測定及び周知の土壌特性を使用し、この情報を現場図面と比較することによって検出される。
【０００５】
断層撮影法のような技術を含む地震学的方法は、ＧＰＲの電磁放射線測定に類似する方法で地震波の速度及び屈折を測定する。しかしながら、地震学的方法は長い波長を基本としており、結果的に解像度の低下を伴う。さらに、ＧＰＲ及び地震学的方法は共に複雑な装置及び処理を必要とし、生産性の低さ、及び受入れ難い高コストに繋がる。
【０００６】
（発明の開示）
本発明の目的は、上述の装置の１つまたは複数の欠点を実質的に克服すること、もしくは少なくとも改善することにある。
【０００７】
本発明の或る態様によれば、システムの少なくとも一部が地下のコンジットに沿って挿入されてＴＥＭ信号を放射及び受信するように構成されることを特徴とするタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システムが提供されている。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、移動式のＴＥＭ信号送信機及び受信機モジュールは固定式のコントローラ及びＴＥＭレコーダモジュールに機能的に結合されていることと、前記移動式モジュールは電源内蔵式であり、前記電磁応答を処理した後に、処理された応答を前記固定式コントローラに伝達することを特徴とするタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システムが提供されている。
【０００９】
本発明のさらに他の態様によれば、少なくとも１つの送信コイルと複数の受信コイルとを組み込んだタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下解析システムが提供され、本システムは、前記コイルが少なくとも前記複数の受信コイルを予め決められた方法でレコーダモジュールに結合させるためのマルチプレクサ装置を含む移動モジュールの一部として構成されることを特徴としている。
【００１０】
本発明のさらに他の態様によれば、送信機及び受信機はダクト内へ挿入されるように構成された移動装置として配置され、前記送信機は電磁信号を送信して前記ダクト内に電磁応答を誘導するように構成され、前記電磁応答は前記受信機によって検出される、遠隔に配置された処理手段と通信するように構成された送信機と受信機とを備える検査システムが提供されており、本システムは、前記移動式モジュールが電源内蔵式であり、前記電磁応答を処理した後に、処理された応答を前記遠隔に配置された処理手段に離散信号として伝達することを特徴としている。
【００１１】
本発明のさらに他の態様において提供されている検査システムは、
ダクト内に挿入するように構成された第１の装置である、
（ｉ）電磁信号を送信して前記ダクト及び前記ダクト周辺の物質内に電磁応答を誘導するための送信手段と、
（ｉｉ）前記電磁応答を検出するための検出手段と、
（ｉｉｉ）前記電磁応答を離散信号に変換するための変換手段と、
（ｉｖ）前記離散信号を読み取って、前記第１の装置とは遠隔に配置された第２の装置に伝達するための通信手段と、
を備える第１の装置を備え、
前記第２の装置は、
（ｉ）前記離散信号を記憶するための記憶手段と、
（ｉｉ）前記離散信号を処理するためのプロセッサと、
（ｉｉｉ）前記処理された離散信号を表示するためのディスプレイと、
を備えている。
【００１２】
本発明のさらに他の態様によれば、検査システムを使用して地下配管を検査する方法が提供され、本検査システムは、
ダクト内に挿入するように構成された第１の装置である、
（ｉ）電磁信号を送信して前記ダクト及び前記ダクト周辺の物質内に電磁応答を誘導するための送信手段と、
（ｉｉ）前記電磁応答を検出するための検出手段と、
（ｉｉｉ）前記電磁応答を離散信号に変換するための変換手段と、
（ｉｖ）前記離散信号を読み取って、前記第１の装置とは遠隔に配置された第２の装置に伝達するための通信手段と、
を備える第１の装置を備え、
前記第２の装置は、
（ｉ）前記離散信号を記憶するための記憶手段と、
（ｉｉ）前記離散信号を処理するためのプロセッサと、
（ｉｉｉ）前記処理された離散信号を表示するためのディスプレイと、
を備え、
前記方法は、
前記送信手段から第１の電磁信号を送信する段階と、
前記検出手段において第２の電磁信号を検出する段階と、
前記第２の電磁信号を増幅する段階と、
前記増幅された信号をサンプリングする段階と、
前記サンプリングされた信号を前記変換手段を使用してデジタル信号に変換する段階と、
前記デジタル信号を前記第１の装置から前記第２の装置へ伝達する段階と、
前記デジタル信号を前記記憶手段に記憶する段階と、
前記デジタル信号を前記ディスプレイに表示する段階と、
を含んでいる。
【００１３】
（発明を実施するための最良の形態）
次に、添付の図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
本発明の好適な実施形態は、地下の下水管のベッディングを検査するためのタイムドメイン電磁（ＴＥＭ）地下配管検査システムである。電磁波の送信機及び受信機は、通信ケーブルを使用して固定的なコントロールセンタにリンクされた自蔵式モジュールの内部に配置されている。送信機は方形波の電磁場を散在させ、受信機は、地下の導体によって発生する結果的な二次磁場を検出する。こうして本検査システムは、二次磁場に包含される情報を抽出することにより、土壌の歪みを直接測定する。
【００１５】
図１は、第１の実施形態による配管検査システム１の全体ブロック図である。配管検査システム１は、配管内に挿入することが可能な移動ユニット１５と、概して配管への入口付近に配置されかつ通信ケーブル６５を介して移動ユニット１５と接続することが可能な固定ユニット８５とを含んでいる。移動ユニット１５は、１０アンペアまでの送信電流のためのバイポーラスイッチングを供給する信号発生器２０に接続された送信機１０を含んでいる。送信機１０に印加される信号はまた、回線１２を介して、可変利得増幅器／フィルタ３０の第１の並行ステージに接続されている。可変利得増幅器／フィルタ３０の第２、第３及び第４の並行ステージには、ＴＥＭ信号を検出するように構成された、対応する受信素子２、４、６を有する受信機４０が接続されている。素子２、４、６は、三次元走査を可能にすべく予め互いに直角に設定された巻型（図６（ａ）及び（ｂ）参照）上に巻き付けられたインダクタコイルによって形成される。各コイルは、直径１００ｍｍの断面上に巻数９００を有している。素子２、４、６は各々、可変利得増幅器／フィルタ３０の第２、第３及び第４のステージに接続されている。可変利得増幅器／フィルタ３０の第１、第２、第３または第４のステージの各出力は、マルチプレクサ５０に供給される。マルチプレクサ５０は、Ａ／Ｄ変換器６０によるサンプリングのためにステージ出力のうちの何れかを選択するように構成されている。Ａ／Ｄ変換器６０は、利得レンジングとの組合せで１００ｋＨｚのサンプリング速度で最低１２ビットの解像度を供給し、多数の送信サイクルによる線形スタッキングの後の各入力について２１ビット相当（符号付き）を保証する。マイクロプロセッサ７０は、Ａ／Ｄ変換器６０、送信機１０、マルチプレクサ５０及び信号発生器２０の制御を供給する。マイクロプロセッサ７０はまた、利得制御及び、ＲＳ４８５トランシーバ６２及びケーブル６５を介して固定ユニット８５との通信を供給する。固定ユニット８５は、配管の外側に配置された遠隔配置型の定置コンピュータ８０と、ＲＳ４８５トランシーバ９０とを含んでいる。増幅器／フィルタ３０は、実際の送信機１０の電流を記録すべく信号を調整するように構成されている。可変利得増幅器／フィルタ３０の各出力には、送信機ループとの連なりにおいて、送信電流に比例する電圧を付与する標準１オーム抵抗（図示せず）への基準タップが直列配置されている。マイクロプロセッサ７０は各マルチプレクサ５０チャンネルを順番にアドレス指定し、送信電流用に正規化された三次元信号を監視する。定置コンピュータ８０は、システム１の制御及びデータ記憶を供給する。
【００１６】
図２は、移動ユニット１５の物理的構成を示したものであり、送信機１０は、プラスチック製円筒ハウジング１００の一端の周囲に巻数５０のラジアル巻線として形成されている。受信機４０は、ハウジング１００の反対の端に設置されている。ハウジング１００はまた、信号発生器２０と、可変利得増幅器／フィルタ３０と、マルチプレクサ５０と、Ａ／Ｄ変換器６０とマイクロプロセッサ７０とを含んでいる。通信ケーブル６５は、ハウジング１００の一端に接続されている。ハウジング１００は、好適にはＰＶＣ、または耐摩耗性並びに液体への浸漬に対して十分に密封されることに対して選択される、これに類似した材料で構築される。本発明の好適な実施形態では、ハウジングの直径は好適には１５０ｍｍであり、送信機と受信機は５００ｍｍの間隔を置いて配置されている。ハウジング１００の直径及び送信機１０と受信機４０との間隔は、地下管路の寸法によって変化する可能性がある。或る代替構成では、送信機１０と受信機４０とは、下水管の任意の角をうまく通過する自在性を考慮して、可撓ケーブル（図示せず）でリンクされた別々のハウジング内に設置される場合がある。信号発生器への電力は、ハウジング１００内に含まれる２個の１２ボルトバッテリ３２、３４（図６（ａ）及び（ｂ）参照）によって供給される。
【００１７】
図６（ａ）で分かるように、ハウジング１００内部の構成要素は支持体３６上に取り付けられている。互いに直角を成す素子２、４、６は支持体３６の一端に取り付けられ、バッテリ３２、３４は他端に取り付けられている。先にも述べたように、素子２、４、６の構成は、三次元走査を考慮したものである。信号発生器２０と、可変利得増幅器／フィルタ３０と、マルチプレクサ５０と、Ａ／Ｄ変換器６０とマイクロプロセッサ７０とを含む制御回路３８は、バッテリ３２、３４と素子２、４、６との間に配置されている。図６（ｂ）は、上に素子２、４、６、バッテリ３２、３４及び制御回路３８が取り付けられている支持体３６の平面図である。
【００１８】
本発明の好適な実施形態は、下水管を増分的に前進するように構成されている。ラジアル送信機１０と受信機４０とを有するハウジング１００は、ライン内のアクセスホールを介して下水管へと手動で降下される。次にハウジング１００は、引綱（図示せず）またはケーブル（図示せず）を使用して下水管を手動で前進させられる。引綱またはケーブルは、通信ケーブル６５が内部を走行しているハウジング１００に直接接続されることが可能である。データの読取りは、ノイズの低減を補助するために、各読取りの間はハウジング１００が静止した状態で２ｍ間隔で行われる。円筒形のハウジング１００はランダムに回転する場合があり、そうなると管を横断する複数の構成要素が混乱してしまう。或る実施形態では、適正な修正を図るために、ハウジング１００に加速度計デバイスのような装置（図示せず）等の回転検出装置を取り付けることが可能である。
【００１９】
本発明の好適な実施形態の配管検査システム１に使用されている送信機１０は、多重巻インダクタコイルを有している。送信機１０内には、信号発生器２０によって一次磁場が生成され、図３が示すようにオンタイムに等しいオフタイムを有する方形波を基礎としてオン−オフ送信電流が供給される。オフタイムは１０ミリ秒の倍数であり、地下の導電体によって誘導される可能性のある５０Ｈｚ主電源の妨害を排除する。オフタイムは、６０Ｈｚ電源が使用される区域では変わる場合がある。一次磁場が不活性であれば、二次磁場の測定値がとられる。本発明の好適な実施形態では、１０または２０ミリ秒のオフタイムを使用して目標応答が記録されるが、高電導物質の場合は１０ミリ秒のさらなる倍数が使用される。
【００２０】
ハウジング１００内に含まれる２個の１２ボルトバッテリによって信号発生器２０に電力が供給されると、送信機１０内に１０アンペアまでの電流が流れる。送信電流のこの値は、十分な送信信号レベルを供給するものであることが分かっている。送信電流に上限はないが、電力を節約してバッテリ寿命を最大化するためには送信電流を最小に維持しなければならない。実際の送信電流は、各走行毎に増幅器／フィルタ３０の第１のステージを介して測定されるため、見掛けの応答は正規化され、出力はマイクロボルト／アンペアで与えられることが可能である。スイッチオフの時点で発生するフライバック電圧は、ツェナーダイオード（図示せず）またはこれの等価物を介して各極性でクランプされ、結局はゼロに向かって制御された勾配を辿る。典型的なランプ時間は、５０−１００マイクロ秒である。オフ信号時間は、オフランプの開始から記録される。
【００２１】
目標の地下導体（土壌、他等）では、送信機１０の巻上げループにおける電流の停止によって生成される高速で変化する磁場によって渦電流が誘導される。これらの電流は、まずは目標導体の表面に集中されるため、その方向及び規模は、送信ループにおける一次電流が除去された瞬間の磁場の通常の構成要素を維持する。
【００２２】
目標導体の表面に一次磁場によって誘導された渦電流は、抵抗熱損失によって次第に消散し始め、二次磁場の規模が漸進的に縮小するに至る。縮小する磁場により、表面に集中する渦電流は、導体の中央へと流れ込み始める。全体的には、時間に伴なう磁場の振幅の低減または指数関数的減衰という結果になる。本発明の好適な実施形態の配管検査システム１において測定されるものは、二次磁場の磁気成分の振幅におけるこの指数関数的減衰である。
【００２３】
受信素子２、４、６は、目標応答を測定する。受信素子２、４、６は、送信機がオフ切換された時点で目標導体に誘導される電流に関係づけられた崩壊する磁場の変動に応答する。従って、出力は概して、磁場の時間微分のような受信機に誘導される電圧として取得される。
【００２４】
図４で分かるように、オフ切換時には、受信機４０の素子２、４、６内に大規模なスパイクが生成される。スパイクの振幅及び持続時間は、ゼロに至る制御されたランプを供給する送信機１０の減衰特性に依存する。通常、これらのスパイクは、可変利得増幅器／フィルタ３０を飽和させ、かつランプ時間（５０−１００マイクロ秒）が完了した直後に回復するまで真の目標応答を隠し覆うのに足るものである。
【００２５】
目標導体に誘導される渦電流は、通常は、送信機１０のランプ時間が完了するとゼロに向かって単調に減衰する。関連磁場の時間微分は、送信機１０のオフタイムの間に受信機４０によって記録される。極性は、送信機１０と目標導体と受信機４０との相対的配位、及び複数の目標の任意のオーバープリントに依存する。渦電流システムの単一の減衰の間に観測される符号の反転は、配管調査システムに不可欠な地下の不安定性における１つの特別な特徴である。
【００２６】
図５は、目標導体に誘導される渦電流のグラフを示している。このグラフは、アンペア当たりのナノボルトを単位とする縦軸２５と、ミリ秒を単位とする横軸２７を有している。
【００２７】
図５で分かるように、渦電流は、ゼロに向かって半指数関数的に減衰する。減衰速度は目標導体の固有抵抗に依存し、よって信号は時間の関数としてサンプリングされる。サンプルは、チャンネル（ウィンドウ）として表示されている幾つかの離散間隔で採取される。各チャンネル内のサンプル数は、図５の表から分かるように、指数関数的減衰に対応し、かつ減衰の終わり頃には低信号レベルで平均化される正常な統計を保証すべく、漸次増加されることが可能である。これは、各チャンネルについて、各サンプルでのサンプリング周期を漸次増加させることによって達成される。受信素子２、４、６によって見取られる瞬時のアナログ信号は、可変利得増幅器３０によって増幅され、濾波される。信号は次にマルチプレクサ５０に送られる。マルチプレクサ５０は、マイクロプロセッサ７０によって制御され、増幅器３０の択一的出力を選択してサンプリングを有効化させる。個々のアナログサンプルは、次にＡ／Ｄ変換器６０によって等価的なデジタル信号に変換され、マイクロプロセッサ７０により周波数変調またはデジタルコーディングを使用して処理された後、通信ケーブル６５を介して定置コンピュータ８０へと連続送信される。代替として、個々のアナログ信号は、表面に取り付けられたＡ／Ｄ変換器６０によって定置コンピュータ８０に直接伝達されることも可能である。
【００２８】
個々のサンプルは、分類されて定置コンピュータ８０のメモリに記憶され、また表示もされる。サンプリング工程が完了すると、各チャンネル内の全サンプルについて単一の平均値が計算され、新たなサイクルが開始される。各ウィンドウに関する最終的な推定は、多数のサイクル（典型的には２５６の反復サイクル）に及ぶ線形スタッキング（または平均化）を基礎とし、確固たる統計レベル及び低雑音レベルを保証している。サンプルは、十分な統計及び減衰各部の雑音の低減を供給するように、１００ｋＨｚに近い速度で取得されなければならない。
【００２９】
図７は、移動ユニット１５の機能性を示す略図である。図７で分かるように、本発明の好適な実施形態の通信ケーブル６５は４本コアのログ用ケーブルであり、各端部にＲＳ４８５コネクタを有している。４本ワイヤ６５のうちの２本のワイヤ６０１は、固定ユニット８５から送信される制御信号用として使用される。制御信号は復号器６０９によって読取られ、復号器６０９は、受信された信号を復号し、かつ復号された信号をマイクロプロセッサ７０及びマルチプレクサ５０に伝達する。残りの２本のワイヤ６０３は、受信素子２、４、６によって測定され、Ａ／Ｄ変換器６０によって等価デジタル信号に変換される目標応答信号の送信用である。送信中、マイクロプロセッサ７０により回線６０７を介して制御されるマルチプレクサ５０は、受信素子２、４、６の専用となる。送信が行われていないときは、マルチプレクサ５０は、バッテリ出力及び移動ユニット１５の状態等の制御信号のマイクロプロセッサ７０から固定ユニット８５への通信を見込んでいる。
【００３０】
受信機４０で検出される信号レベルは、１０ミリ秒のうちで数ｍＶの低減から数ｎＶまでに及んでいる。最終的には、Ａ／Ｄ変換器６０からは十分な解像度を保証するために２１ビット容量が要求される。しかしながら、こうしたレベルでは、サンプル速度が大幅に低下される可能性がある。本発明の好適な実施形態は、利得範囲と組み合わされた１２ビットのサンプリングを基礎とする戦略を使用している。マイクロプロセッサ７０は、増幅器／フィルタ３０に十分な利得設定値を供給し、各減衰の主要部分が共通のＡ／Ｄチップの１２ビットレンジ以内にあり続けることを保証する。以下の表１で分かるように、２１フルビット等価は、１／１０００、１／１００、１／１０及び１の利得を使用して減衰の初期の段階の大型振幅をスケールすることにより供給されることが可能である。表１は、本発明の或る実施形態による個々の受信値を示したものである。１／１０から１までの単一の利得段階は、減衰の後部に雑音が多すぎると考えられる場合に使用されることが可能である。任意の単一減衰の間に利得が動的に調整される場合には、整定時間が重大な問題を引き起こす可能性がある。従って、高速多重化を介して供給される減衰の各部分について適正な選択を有する予め設定された利得が必要とされる可能性がある。
【表１】
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【００３１】
表２は、本発明の好適な実施形態によるＡ／Ｄ制御の擬似コードリストを示したものである。
【表２】
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【００３２】
前記の実施形態は、先行技術による地下配管検査方法、及び以下に概説する市販されている従来型のＴＥＭシステムを凌ぐ幾つかの優位点を有している。
【００３３】
鉱物探査に使用される従来型のＴＥＭシステムは、概して、共に電子コントロールセンタに近接して配置されている送信機とレコーダとの間に直接的なアクセスを必要としている。通常の鉱物探鉱調査システムは、一般に手動で進む単一の水平送信ループを包含している。様々な受信ユニットが使用されているが、全て中央管理に繋がる固定ケーブルを必要としている。さらに、従来型のＴＥＭシステムの中には、下水管の壁に接触して下水管付近の欠陥を検出するためのトランスデューサを必要とするものがある。しかしながら、これらの装置が効率的に作動するためには比較的平滑な表面が必要であることから、こうした装置は、むらのある下水管の壁や坑道のような悪条件の環境における使用には適合しない。
【００３４】
本発明の好適な実施形態の下水管検査システム１は、送信機１０と受信コイル２、４、６とが配管の壁から物理的に隔絶されているため、地下の固有抵抗データが悪い環境条件下でも遠隔位置で取得されることを可能にする。本システムは、管壁の欠陥、及び通常のＣＣＴＶ検査システムには映らない配管外部の土壌及びベッディングの状態の双方に応答する。さらに本発明の好適な実施形態の移動ユニット１５は電源内蔵式であり、電磁応答を処理した後に、処理された応答を遠隔の固定ユニット８５に伝達する。本発明の好適な実施形態のこの態様はさらに、従来の装置の場合よりも悪い環境条件下であっても、好適な移動ユニット１５によるより遠隔位置へのアクセスを可能にする。
【００３５】
本発明の好適な実施形態は、手動による検査を必要としない、より安全な配管検査の方法を提供する。さらに、高感度の記録装置は全て、固定的な地表位置に置いておくことができる。後方業務は単純であって高い生産性の取得が可能であり、代替のレーダ及び地震学的方法よりも経済的に優位である。
【００３６】
前記の説明は、本発明の１つの実施形態に関するものであるに過ぎず、本発明の範囲を逸脱することなくこれに修正を加えることができる。
【００３７】
例えば本発明の好適な実施形態の下水管検査システム１では、自動トリガ装置と組み合わされたより高い送信電流を基礎とする連続記録を使用することも可能である。
【００３８】
さらに、配管及び下水管用途にはラジアル送信機構造が好適であるが、他の形状寸法の送信ループを包含することも可能である。例えば、内部に移動ユニット１５が使用されているコンジットは、必ずしも下水管である必要はなく、採鉱作業の場合のような狭いたて坑には、平坦な送信機を使用することもできる。当業者には、移動ユニット１５は任意の直径及び断面積である任意のダクト、コンジット、配管、坑道またはこれらに類似するものにおいて作動するように構成され得ることが認識されるであろう。
【００３９】
またさらに、本発明の好適な実施形態は、データサンプルがハウジング１００から電波または光ケーブルを介して定置コンピュータ８０に伝達されることが可能であるように、無線送信機を使用することができる。
【００４０】
またさらに、本発明の好適な実施形態のハウジング１００は本来円筒形であるが、箱形構造のような他の形状寸法のハウジングを使用することもできる。またハウジングは、ＰＴＦＥ等の代替材料で構築されることも可能である。
【００４１】
またさらに、本発明の好適な実施形態の通信ケーブル６５は、各端部にＲＳ４８５コネクタを有する４本ワイヤ式ログ用ケーブルであるが、代替として、ＲＳ２３２を含む任意の適正な通信プロトコルを有する２本ワイヤ式通信ケーブルを使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  好適な実施形態による地下配管検査システムを示す略ブロック図である。
【図２】  図１のシステムによるハウジングに取り付けられたラジアル送信機と検出装置とを示す図である。
【図３】  図１のシステムによる方形波パルスを基礎とするオン−オフ送信電流を表す図である。
【図４】  図１のシステムによる送信機及び受信機の信号波形を示す図である。
【図５】  図１のシステムによる目標導線における渦電流の減衰を示す図である。
【図６】  （ａ）及び（ｂ）は、支持体に取り付けられた、図１のシステムの内部構成要素の斜視図及び平面図である。
【図７】  図１の移動ユニット検査システムの機能性を示す略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７】
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